1、课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 题 目: 数字电子密码锁 初始条件：利用集成集成芯片和门电路等设计一个数字电子密码锁。要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）（1）设计一个数字电子锁,有其预先设定好的密码，该密码可以修改。(2) 输入密码按确定键后，若密码正确则锁打开；若密码不正确则电路发出报警信号。任意输入密码而不按确定键的话电路不会有反应。（3）任意输入密码而不按确定键的话电路不会有反应。（4）打开的持续时间为 Tx，警报持续时间也为 Tx，即按下确定键到松开后 10 秒，按住确定键不放的话一直打开或者报警。时间安排：
2、第 17 周理论讲解,地点:新 3-205第 18 周理论设计及实验安装调试,地点: 鉴主 15 楼通信实验室第 19 周撰写报告及答辩,地点:鉴主 16 楼报告厅指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日数学电子技术基础课程设计说明书I目 录1 绪论 11.1 课程设计的目的 11.2 课程设计的任务及要求 12 工作原理及方案选择 12.1 电路设计的多种方案 12.1.1 方案一 22.1.2 方案二 22.2 电路设计方案的比较 23 电路设计及仿真 33.1 数字电子密码锁的设计原理框图 33.2 各组成部分电路的设计 33.2.1 密码输入及验证电路的工作原理
3、 33.2.2 密码修改及输出锁定 53.2.3 计时模块 63.2.4 逻辑组合模块 73.3 数字电子密码锁的总电路图 83.4 电路参数的选择及计算 84 电路软件仿真 104.1 开锁的仿真 104.2 报警的仿真 104.3 数据测试 115 电路的安装与调试 145.1 焊接电路 145.2 总电路的调试 155.3 调试中遇到的问题及分析与总结 156 心得体会 167 附录 177.1 仪器仪表电子元器件明细清单 177.2 参考文献 .18数学电子技术基础课程设计说明书II摘 要电子密码锁是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作，从而控制机械开关的闭合，完成开锁、闭锁任务的电
4、子产品。它的种类很多，有简易的电路产品，也有基于芯片的性价比较高的产品。现在应用较广的电子密码锁是以芯片为核心，通过编程来实现的。其性能和安全性已大大超过了机械锁。其特点如下：（1） 保密性好，编码量多。随机开锁成功率几乎为零。（2） 密码可变，用户可以随时更改密码，防止密码被盗，同时也可以避免因人员的更替而使锁的密级下降。（3）误码输入保护，当输入密码多次错误时，报警系统自动启动。（4） 无活动零件，不会磨损，寿命长。（5）使用灵活性好，不像机械锁必须佩带钥匙才能开锁。数学电子技术基础课程设计说明书IIIAbstractElectronic locks is a through the pa
5、ssword input to control circuit or chips work, so as to control the closing of the mechanical switch, complete the lock, closure of the task of electronic products. There are many kinds of it, there is the simple circuit products, also have the high cost performance based on chip products. Now that
6、are widely used in the electronic locks chips as the core, through the programming to fulfill. Its performance and security has greatly exceed the mechanical lock. The characteristics are as follows:(1) good secrecy, code more than quantity. Random unlock the success rate is almost zero.(2) the pass
7、word variable, the user can change the password, prevent the password is stolen, at the same time it can avoid the replacement for personnel to lock shall fall down.(3) error input protection, when the input password many errors, alarm system to be automatic startup.(4) no activity parts, do not wea
8、r, long service life.(5) use flexibility good, not as mechanical lock must wear a key to unlock.数学电子技术基础课程设计说明书11 绪论1.1 课程设计的目的通过对课程的设计掌握电子系统的一般设计方法，掌握模拟 IC 器件的应用，培养综合应用所学知识来指导实践的能力，为接下来电子信息学习培养兴趣。1.2 课程设计的任务及要求 初始条件： 利用集成集成芯片和门电路等设计一个数字电子密码锁。主要任务: （1）设计一个数字电子锁,有其预先设定好的密码，该密码可以修改。(2) 输入密码按确定键后，若密码正确
9、则锁打开（此设计用发光二极管 S 表示锁，锁打开就是点亮发光二极管 S） ；若密码不正确则电路发出报警信号（用放光二级管 J，报警就是点亮放光二级管 J） 。任意输入密码而不按确定键的话电路不会有反应。（3）任意输入密码而不按确定键的话电路不会有反应。（4）打开的持续时间为 Tx，警报持续时间也为 Tx，即按下确定键到松开后 10 秒，按住确定键不放的话一直打开或者报警。2 工作原理及方案选择2.1 电路设计的多种方案自己设计制作数字电子密码锁，可以使用各种集成（译码器，555 定时器，触发器） ，也可以采用单片机（如 89C51） 。由于自己知识范围的限制，并且为了进一步掌握数字电子技术的基
10、本理论及实验调试技术，我在这次课程设计中采用集成芯片及门电路设计数字电子密码锁的设计方法。数学电子技术基础课程设计说明书22.1.1 方案一设计选用单片机作为本设计的核心元件，利用单片机灵活的编程设计和丰富的 I/O 端口，及其控制的准确性，实现基本的密码锁功能。在单片机的外围电路外接输入键盘用于密码的输入和一些功能的控制，外接芯片用于密码的存储，外接 LCD 显示器用于显示作用。当用户需要开锁时，先按键盘开锁键之后按键盘的数字键 09 输入密码。密码输完后按下确认键，如果密码输入正确则开锁，不正确显示密码错误重新输入密码，当三次密码错误则发出报警。除上述基本的密码锁功能外，声光提示等功能，依
11、据实际的情况还可以添加遥控功能。2.1.2 方案二设计选用各种集成芯片作为本设计的核心元件，采用逻辑开关及译码器组成密码输入部分。D 触发器与密码输入部分不同的接线方式可修改密码。555 定时器构成单稳态触发器产生触发信号触发开锁或者报警。2.2 电路设计方案的比较方案一：用 51 单片机实现，其优点是硬件电路简单，功能很多，拓展方便，编程设计灵活多样和 I/O 端口丰富，控制准确。但是单片机要求知识广泛，需要对硬件有较好的认识和一定的编程能力。再者，单片机加上外围的设备费用要比单用集成芯片打。方案二：用各种集成芯片及门电路来设计，优点是电路理解轻松，设计比较顺畅，用已有的知识就可以设计。但是
12、电路连线比较繁杂，需要一些逻辑器件，智能化大大降低，并且能拓展的功能比较少。数学电子技术基础课程设计说明书33 电路设计及仿真3.1 数字电子密码锁的设计原理框图密码验证模块计时模块开锁信号报警信号密码输入确定输入逻辑组合模块修改密码锁住输入图 3.1.1 数字电子密码锁的设计原理框图3.2 各组成部分电路的设计3.2.1 密码输入及验证电路的工作原理此模块主要是用输入键盘和 74LS138 实现，输入键盘为六个逻辑开关;74LS138 为 3线-8 线译码器,它的真值表如表 3.2.1数学电子技术基础课程设计说明书4表 3.2.1.1 74LS138 真值表输入 输出G1 G2A+G2B C
13、 B A Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y70 X X X X 1 1 1 1 1 1 1 1X 1 X X X 1 1 1 1 1 1 1 11 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 11 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 11 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 11 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 11 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 11 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 11 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 11 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0由表 3.2.1 可知每个输出端为 0 时都
14、有唯一的输入码，所以可以把 G1 G2A G2B C B A 作为密码输入端，与输入键盘相连,共有 26=64 种输入情况。Y 0Y7只需要选择其中一端作为密码验证信号输出就行了。有 8 个选择，也就是修改密码时，只有 8 个不同的固定密码可以选。电路连接图如图 3.2.1.1。图 3.2.1.1 密码输入数学电子技术基础课程设计说明书5密码和密码选择端对应表如表 3.2.1.2表 3.2.1.3 密码和密码选择端对应表密码设定端的连接密码Y0 100000Y1 100001Y2 100010Y3 100011Y4 100100Y5 100101Y6 100110Y7 1001113.2.2
15、密码修改及输出锁定此模块用的是九逻辑开关，D 触发器 74LS175。其电路连接如图 3.2.2.1。数学电子技术基础课程设计说明书6图 3.2.2.1 密码修改及输出锁定电路该模块是预先选择密码，即译码器的 8 个输出端口分别连接到逻辑开关 8 个接口上面，这样就可以实现选择密码的功能，但是密码只有固定的 8 种。然后 D 触发器再把密码验证模块送来的验证结果存住。在按下确定键时，单稳态触发器送过来的上升沿使触发器做出反应。如表 3.2.2.1 D 触发器真值表。表 3.2.2.1 D 触发器真值表3.2.3 计时模块此模块选用 555 电路单稳态的一种变形。如图 3.2.3.1 555 定
16、时器组成的单稳态触发器。输入 输出CLK D Q0 01 1X 保持来自 555B至 74LS175数学电子技术基础课程设计说明书7图 3.2.3.1 555 定时器组成的单稳态触发器当按钮按下时 C2储存的电荷通过 S10 泄放，2 脚 TRI 受低电平触发，555 置位，3脚输出高电平(T x1.1R 1C2)。松开按钮后，定时即开始，此时电源通过电阻 R1向 C2充电，使 C2两端电平不断升高，当升至 2/3Vcc时，时基电路复位，定时结束，3 脚输出低电平。3.2.4 逻辑组合模块此模块的两个输入端是接锁定模块的输出端 A 和计时模块的输出端 B。两个输出端分别接开锁指示灯 S 和报警
17、指示灯 J。它们的真值表如表 3.2.4.1 逻辑组合模块的真值表。表 3.2.4.1 逻辑组合模块的真值表A B S J0 0 1 10 1 0 11 0 1 11 1 1 0所以 ，由此可以选用 74LS00.实现该模块的逻辑功能 A 的非直接用74LS175 的 3 引脚输出。其连接图如图 3.2.4.2 开锁指示灯 S 和报警指示灯 J 逻辑电路图。数学电子技术基础课程设计说明书8图 3.2.4.2 开锁指示灯 S 和报警指示灯 J 逻辑电路图3.3 数字电子密码锁的总电路图图 3.3 数字电子密码锁的总电路图3.4 电路参数的选择及计算电路所用的集成芯片有 3 线-8 线译码器（）
18、，同步 D 触发器（74LS175） ，555 计时器（LM555CM） ， 2 输入与非门（74LS00 ） 。下面各图为其引脚图 。数学电子技术基础课程设计说明书9图 4.1.1 74LS138 引脚图图 4.1.2 74LS175 引脚图图 4.1.3 LM555CM 引脚图数学电子技术基础课程设计说明书10由公式 Tx1.1R 1C2 可以算得，为了是开锁和报警时间维持 10 秒左右，令 R1 =1M欧，C 2 =10uF。而对于 LED 连接的电阻，为了使 LED 能正常发光，可以确定为 500 欧。另外，电源为 5V。数学电子技术基础课程设计说明书114 电路软件仿真4.1 开锁的
19、仿真预先将译码器的 Y0 接口和 D 触发器的 D 接口连接，即选择密码为 000000。输入密码000000（波动逻辑开关 S1-S6）后，按一下确认键（S10） ，便可以看到 LED1 亮了，即电路为开锁状态，此绿灯亮持续 11 秒的时间，这与理论分析一致。若一直按着确认键（S10）不放，则 LED1 一直亮，松开确认键（S10）11 秒后，绿灯熄灭。这也就证明的，开锁部分仿真成功。如图 5.1 开锁仿真。图 4.1 开锁仿真4.2 报警的仿真预先将译码器的 Y0 接口和 D 触发器的 D 接口连接，即选择密码为 000000。输入密码100000（波动逻辑开关 S1-S6）后，按一下确认
20、键（S10） ，便可以看到 LED2 亮了，即电路为报警状态，此红灯亮持续 11 秒的时间，这与理论分析一致。若一直按着确认键（S10）不放，则 LED2 一直亮，松开确认键（S10）11 秒后，红灯熄灭。这也就证明的，报警部分仿真成功。如图 5.2 报警仿真。数学电子技术基础课程设计说明书12图 4.2 报警仿真4.3 数据测试密码选择端选择 Y7时，可知道密码为 100111。测试的数据如下表 5.3 密码选择端Y7对应的测试数据。 表 4.3 密码选择端 Y7对应的测试数据密码输入 信号灯1 2 3 4 5 6 S J0 0 0 0 0 0 暗 亮0 0 0 0 0 1 暗 亮数学电子技
21、术基础课程设计说明书130 0 0 0 1 0 暗 亮0 0 0 0 1 1 暗 亮0 0 0 1 0 0 暗 亮0 0 0 1 0 1 暗 亮0 0 0 1 1 0 暗 亮0 0 0 1 1 1 暗 亮0 0 1 0 0 0 暗 亮0 0 1 0 0 1 暗 亮0 0 1 0 1 0 暗 亮0 0 1 0 1 1 暗 亮0 0 1 1 0 0 暗 亮0 0 1 1 0 1 暗 亮0 0 1 1 1 0 暗 亮0 0 1 1 1 1 暗 亮0 1 0 0 0 0 暗 亮0 1 0 0 0 1 暗 亮0 1 0 0 1 0 暗 亮0 1 0 0 1 1 暗 亮0 1 0 1 0 0 暗 亮0 1
22、 0 1 0 1 暗 亮0 1 0 1 1 0 暗 亮0 1 0 1 1 1 暗 亮0 1 1 0 0 0 暗 亮0 1 1 0 0 1 暗 亮0 1 1 0 1 0 暗 亮0 1 1 0 1 1 暗 亮0 1 1 1 0 0 暗 亮0 1 1 1 0 1 暗 亮0 1 1 1 1 0 暗 亮数学电子技术基础课程设计说明书140 1 1 1 1 1 暗 亮1 0 0 0 0 0 暗 亮1 0 0 0 0 1 暗 亮1 0 0 0 1 0 暗 亮1 0 0 0 1 1 暗 亮1 0 0 1 0 0 暗 亮1 0 0 1 0 1 暗 亮1 0 0 1 1 0 暗 亮1 0 0 1 1 1 亮 暗1
23、 0 1 0 0 0 暗 亮1 0 1 0 0 1 暗 亮1 0 1 0 1 0 暗 亮1 0 1 0 1 1 暗 亮1 0 1 1 0 0 暗 亮1 0 1 1 0 1 暗 亮1 0 1 1 1 0 暗 亮1 0 1 1 1 1 暗 亮1 1 0 0 0 0 暗 亮1 1 0 0 0 1 暗 亮1 1 0 0 1 0 暗 亮1 1 0 0 1 1 暗 亮1 1 0 1 0 0 暗 亮1 1 0 1 0 1 暗 亮1 1 0 1 1 0 暗 亮1 1 0 1 1 1 暗 亮1 1 1 0 0 0 暗 亮1 1 1 0 0 1 暗 亮1 1 1 0 1 0 暗 亮1 1 1 0 1 1 暗 亮数
24、学电子技术基础课程设计说明书151 1 1 1 0 0 暗 亮1 1 1 1 0 1 暗 亮1 1 1 1 1 0 暗 亮1 1 1 1 1 1 暗 亮由表可知，此电路分析结果完全正确，通过选择 Y 接口可以修改密码。5 电路的安装与调试5.1 焊接电路（1）把芯片插入洞洞板；（2）分别把各电阻和电容按照电路图插入板，在背面大致确定线路的走向；（3）安装电压源接口及接地端接口。（4）焊接，注意安全。实物如下拍照图 5.1 实物拍照数学电子技术基础课程设计说明书16图 5.1 实物拍照5.2 总电路的调试（1） 把各部分的电路接好，进行整体测试、观察（2） 针对各阶段出现的问题，逐各排查校验，使
25、其满足实验要求，即能够正常的开锁或者报警。接上电源后,输入密码,测试,结果与理论分析一致,本次设计是成功的。5.3 调试中遇到的问题及分析与总结本设计其电路可以分为 5 部分：密码输入部分，密码修改部分，密码输出锁定部分，定时器触发部分和开锁/报警逻辑部分。焊接时应该分部分焊接，以便保持思路清晰，焊接顺利，并且可以逐步调试正确性。数学电子技术基础课程设计说明书176 心得体会刚开始的时候，由于对理论知识的学习不是很透彻，不知道从哪里开始入手。所以从伍时和老师的数字电子技术基础和康华光老师的电子技术基础（数字部分） 找相关的内容，看了译码器，触发器,计时器等很多内容，从书上的原型有了基本的认识，
26、后来看了谢自美老师的电子线路设计实验测试后对定时器有了一定的理解。经过网上查阅资料及参考李明喜老师发表的新型电子密码锁的设计后决定从本报告的设计方案入手。画了电路图，算好了参数，我就开始仿真。开始仿真时,明明按照自己设计的电路图来画,可是结果就是与理论的不一样。我查了很久没有结果，于是和同学讨论，并且重新查了各个芯片的引脚图，一对比才知道自己接的线路有一点错误，比如清零端是接高电平还是低电平。经过一天的仿真，我最终把电路成功地设计完善，得到的结果与理论几乎一致。经过这次课程设计，我对各个集成电路：定时器，触发器，译码器等有了更加深刻的理解，对课程设计有了了解，对自己制作电子设计有了浓厚的兴趣。
27、但是更加深刻的是，我理解了“读万卷书，行万里路”这句话的深刻含义。在以后的专业学习中，我将会注重实践，将理论知识应用到实践中去，以便更好的学习知识。数学电子技术基础课程设计说明书187 附录7.1 仪器仪表电子元器件明细清单名称 型号 数量2 输入端与非门 74LS00 2 块3-8 译码器 74LS138 1 块555 定时器 LM555CM 1 块同步 D 触发器 74LS175 1 块发光二极管 LED 2 个杜邦线 1 根插针 1 排芯片插槽 DIP14 1 个芯片插槽 DIP16 2 个芯片插槽 DIP8 1 个万用板 9cm*15cm 1 块电阻 2M 1 个电阻 500 欧 2
28、个电容 10uf 1 个电容 0.047uf 1 个按钮 1 个拨动开关 单刀双掷 6 个二极管 1 个数学电子技术基础课程设计说明书197.2 参考文献（1） 电子线路设计实验测试 第三版，谢自美 主编，华中科技大学出版社（2） 数字电子技术基础伍时和 主编，清华大学出版社（3） 电子技术基础（数字部分） 第五版，康华光 主编，高等教育出版社（4） 新型电子密码锁的设计李明喜 （5） 数字电路逻辑设计第二版，王硫银 主编，高等教育出版社（6） 555 时基电路原理、设计与应用叶桂娟 主编，电子工业出版社数学电子技术基础课程设计说明书本科生课程设计成绩评定表姓 名 性 别专业、班级课程设计题目：课程设计答辩或质疑记录：成绩评定依据：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字： 年 月 日
